[发明专利]球床高温气冷堆在线换料系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种球床高温气冷堆在线换料系统及其功能子系统，属于反应堆工程技术领域。 

背景技术

反应堆的换料方式有两种，一种是停堆换料，另外一种是不停堆在线换料，现在世界上大多数反应堆采用的是停堆换料方式，如压水堆和沸水堆，燃料元件长期在堆内反应且静止不动。停堆换料方式的优点是换料系统比较简单，换料过程的可靠性和安全性较高。停堆换料方式的缺点是每隔1年多时间需要停堆换料，换料时间大约1个月左右，停堆换料降低了反应堆的可利用率和电站的负荷因子。 

目前采用不停堆连续换料的反应堆主要包括坎杜堆和球床高温气冷堆。不停堆连续换料的优点是反应堆可以长期运行，有利于提高电站的利用率，从而提高电站的经济性。不停堆换料系统还能及时卸出破损的燃料组件，降低对冷却剂回路的污染。不停堆连续换料的主要缺点是换料系统比较复杂，成本较高，同时由于在换料过程中，换料系统有很多运动部件，换料过程中对这些运动部件的可靠性和安全性要求很高，如果在线换料系统发生故障，将影响反应堆的正常运行。 

坎杜堆的换料由两台位于排管容器两侧的远程控制换料机完成。一台卸载乏燃料棒，另一个装载新的燃料棒。这种设计避免了换料停堆，可以安排更灵活的停堆计划，也能缩短维修停堆时间。 

球床高温气冷堆是利用球形燃料元件易于滚动的特点，通过管路进行输送，使新燃料元件连续的滚入堆芯，乏燃料元件卸出堆芯。国内外的球床高温气冷堆都采用了这一原理，设计了各自的燃料装卸系统，国外的详细设计方案尚未公开。我国10MW球床高温气冷试验堆也是根据这一的原理，设计了其独特的燃料装卸系统，通过采用一些新型的设计，如脉冲气流排球装置等(具体参见专利93119442.3)，实现了试验堆的连续换料。 

本发明提到的球床高温气冷堆在线换料系统，可以应用于功率很大的商业电站，由于功率很大，需要提高燃料元件循环的速度，用于10MW球床高温气冷试验堆的燃料装卸系统不能满足要求，需要重新设计商业电站的燃料装卸系统。该系统也参考了我国10MW球床高温气冷试验堆的一些设计经验，同时做了大量改进，利用燃料元件有利的几何形状，在反应堆运行期间，不间断的给反应堆装入新燃料元件，卸出已经达到燃耗深度的乏燃料元件和将没有达到燃耗深度的燃料元件返回堆芯作再循环，从而维持反应堆的连续运行，提高反应堆的可利用率和电站的经济性。 

发明内容

本发明提出的球床高温气冷堆，通过在线换料系统实现不停堆连续换料。在线换料系统的主要功能包括：完成反应堆初始堆芯装料；反应堆运行期间将新燃料元件装入堆芯；从反应堆压力容器下部卸料管排出燃料元件；分离破损的燃料元件和元件碎片；对从堆芯排出的燃料元件进行燃耗测量，并将没有达到最终燃耗深度的燃料元件装入堆芯进行再次循环；卸出乏燃料元件，并输送到乏燃料贮存库中贮存；在需要时将堆芯排空，并将排出的全部燃料元件转移到再装料贮存罐中暂存，然后再向堆芯重新装料。 

所述球床高温气冷堆在线换料系统，在系统若干相关位置设置了多个燃料元件输送分配器和汇集器，分配器的功能是实现燃料元件在管内输送过程中从一根管道分配到2根管道，汇集器的功能是实现燃料元件在管内输送过程中从2根管道汇集到一根管道。 

球床高温气冷堆在线换料系统，在系统若干相关位置设置了多个过球计数器，可以监测管内燃料元件的输送，对输送的燃料元件进行计数或测量管道内输送速度。 

通过燃料元件输送分配器和汇集器及其控制系统，同时结合系统管道各关键部位设置的过球计数器，可以有效控制燃料元件在系统管道内的输送过程，从而实现系统燃料装入和卸出的各种功能。 

本发明的目的是提出一种新型的球床高温气冷堆在线换料系统，该系统能够同时为两个或多个球床反应堆供应新燃料元件和卸出乏燃料元件，适用于所有球床高温气冷反应堆。 

本发明提出的球床高温气冷堆在线换料系统的示意图如图1所示。